Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
Между прочим, только что высказанное допущение содержится (в непроявленном виде) в самом определении принципа неопределенности. Спрятано оно в соотношении между энергией и временем. Из него следует, что частица не может находиться в одном состоянии меньшее время, чем Dt при неопределенности энергии, равной или меньшей, чем DE. На мой взгляд, из этого следует, что скачки во времени — энергии порождены несовпадением моментов времени по часам различных частиц (или по часам одной из частиц и по часам лаборатории) при изменении собственного времени хотя бы у одной из частиц в момент взаимодействия.
От такого понимания природы возникновения соотношения неопределенности, конечно, не изменится само проявление принципа — его количественные соотношения. Это твердо установленная закономерность.
А между прочим, почему, чем с большей точностью и тщательностью на более совершенном приборе мы определяем координату электрона, тем больше становится неопределенность в измерении его импульса?
Потому, что наиболее совершенный прибор — это прибор с лучшей разрешающей способностью, а это предполагает воздействие, например, на электрон с большей частотой и, следовательно, с большей энергией. Большая порция энергии, приложенная к электрону, значительнее изменяет темп его собственного времени и тем самым значительнее изменяет интервал между моментами времени, в которые происходит измерение координаты электрона и его импульса. И от этой закономерности нельзя избавиться. Даже если воздействовать на электрон при измерении его координаты всего одним квантом энергии, имеющим минимальную величину. Отношение энергии волны к ее частоте всегда равно постоянной Планка (E = hn, где n — частота).
Именно поэтому соотношение неопределенности не может быть меньше этой постоянной. Другое дело, что, рассматривая механизм возникновения соотношения неопределенности с позиций гипотезы локально-когерентного времени, можно прогнозировать, когда это соотношение будет стремиться к минимуму. Тогда и только тогда, когда интервал времени между моментами, в которые фактически происходит определение координаты электрона и его импульса, будет минимальным…
Можно даже постараться представить себе мысленный эксперимент. Нужно при очередной попытке «обойти» соотношение неопределенности, установить, насколько при измерении координаты электрона изменяется темп его собственного времени, и ровно на такую же величину, и с тем же знаком, и в то же мгновение изменить темп собственного времени прибора (и часов) лаборатории. Тогда, если скачки во времени окажутся синхронными, может быть, и удастся то, что до сих пор никому не удавалось, — совместить моменты времени двух разноместных событий с участием подопытной частицы и лабораторного прибора. И, таким образом, свести к минимуму соотношение неопределенности. Впрочем, похоже, что такой эксперимент — нереален…
Несмотря на то, что за минувшие 70 лет физики вполне освоили соотношение неопределенности и широко используют его как один из основных «инструментов» познания микромира, такой выдающийся теоретик, как лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман, позволяет себе такую фразу: «…Мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает». Это немного похоже на кокетство, тем более, что заявлено в публичной лекции, но смысл фразы вполне определенный — «квантовая физика и сегодня сталкивается с целым рядом непонятных явлений» {43}.
Одна из наиболее острых проблем — это «мгновенное дальнодействие» — парадоксальная ситуация, когда материальные тела (и не только элементарные частицы) вдруг проявляют себя как объекты, скорость движения которых превышает скорость света или приближается к ней.
Для описания широко известного (классического) спора — событий почти драматических — воспользуемся книгой английского ученого Поля Девиса {15}.
Наряду с создателями квантовой теории Гейзенбергом и Шредингером едва ли не главным поборником новой физики был Нильс Бор. Напротив, Эйнштейн, хотя и сам участвовал в создании квантовой теории, считал, что она либо ошибочна, либо истинна наполовину. Эйнштейн утверждал, что «безумие» атомного мира не является фундаментальным свойством, что это лишь фасад, за которым «безумие» уступает место здравому смыслу.
Великий Альберт Эйнштейн с завидным упорством продолжал свои атаки на квантовую неопределенность, пытаясь придумать новые мысленные эксперименты, которые бы обнаружили изъян в официальной версии, одним из сторонников которой был не менее великий Нильс Бор. Не раз дел о доходил о до публичных диспутов. И каждый раз Бор отвергал аргументы Эйнштейна.
Наконец, Эйнштейн, Подольский и Розен придумали эксперимент, в котором надеялись «перехитрить» принцип неопределенности. Для этого была использована идея частиц-близнецов, т. е. предполагалось получить одновременно две совершенно одинаковые частицы и одновременно измерить у первой из них импульс, а у второй — положение. При этом импульс у второй определился бы расчетным путем, исходя из закона сохранения импульсов. И тогда для второй частицы были бы определены (как бы одновременно) и импульс, и положение.
«Чтобы с уверенностью исключить обмен сигналами между двумя частицами, находящимися на некотором расстоянии друг от друга, измерения следовало произвести за столь короткий интервал времени, за который сигналы, распространяющиеся со скоростью света (или медленнее), не успели бы преодолеть расстояние между частицами».
Такой эксперимент (только у фотонов фиксировался вектор поляризации) удалось осуществить Алену Аспеку в Париже в 1981–1982 гг. Результаты не оставили никакого сомнения — Эйнштейн был неправ. Как только у одного фотона был определен вектор поляризации, «мгновенно» обнаружилась корреляция, т. е. положение вектора поляризации и у второго фотона также изменялось. И все это неведомым путем, ибо взаимодействие осуществлялось со скоростью, превышающей скорость света.
Как пишет Девис, Аспек забил «последний гвоздь в гроб физики, основанной на здравом смысле». Нам же только остается порадоваться, что Эйнштейн не дожил до этого дня. После такого «ужасного» эксперимента, породившего великую смуту среди сторонников понятных причинно-следственных связей, начался период мифотворчества: появились красивые мысли, например о том, что вместе родившиеся фотоны (электроны) сохраняют память друг о друге, или о том, что любое событие во Вселенной становится мгновенно известным в любой точке пространства, и прочее, прочее…
Казалось бы, здравый смысл окончательно вытеснили из квантовой физики. А ведь Эйнштейн был прав! И не только потому что «элементарные частицы не есть нечто независимо существующее и не поддающееся анализу. По существу, это среда, распространяющаяся вовне на другие объекты». Так сформулировал свою мысль американский физик Г. Степп (и это похоже на правду).
Эйнштейн был прав потому, что верил, что должна быть, обязательно должна быть реальная, а не «безумная» причина, объясняющая неопределенность.
Что же произошло, когда осуществился мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР)? Ведь, по существу, парадокс ЭПР подтвердил идею мгновенного дальнодействия или, скажем осторожнее, идею сверхсветовых скоростей. Но чем порожден этот удивительный эффект?
Любая частица, обладающая или не обладающая внутренней структурой, а также, вероятно, и фотон (если рассматривать его совместно с взаимодействием), изменяет темп своего собственного времени именно в результате взаимодействий. И тут вслед за Эйнштейном нужно повторить, что должна быть не «безумная» причина, которая бы объяснила, почему частицы-близнецы провзаимодействовали друг с другом, вопреки здравому смыслу, нарушив, в том числе, и запрет на превышение скорости света.
Вначале мне казалось, что парадокс ЭПР может быть объяснен, если привлечь для его разрешения идею изменения темпов собственного времени у подопытных фотонов. Например, если, вылетев из одного атома, только что родившиеся фотоны по какой-то причине приобретают все более высокий темп собственного времени, тогда их собственное время будет сжиматься, а это значит, что часы, «установленные» на этих фотонах, должны показывать все уменьшающиеся интервалы времени. В эксперименте таким интервалом был временной интервал между двумя событиями: моментом вылета фотонов из атома и моментом измерения их параметров. Так вот, по часам на фотонах этот интервал будет значительно меньше, чем по лабораторным часам. Значит, по «фотонным» часам эти события ближе друг к другу, чем по «нормальным» часам. Следовательно, в момент измерения их характеристик они могли провзаимодействовать без нарушения запрета на превышение скорости света — ведь времени на осуществление взаимодействия (по их часам) требовалось меньше.
